天津近岸海域营养盐分布及沉积物-水界面营养盐交换特性研究

摘要

沉积物-海水界面的营养盐交换作为海洋中营养盐循环的重要组成部分,对海洋生态系统有重要的影响。渤海湾是一个半封闭淤泥质海湾,每年都有大量的富含营养盐的工业和生活废水排入渤海湾,加之沿岸高强度的海岸带开发,致使该区域承受着巨大的环境压力。本文估算了渤海湾的营养盐分布,并且采用实验室静态模拟法,对渤海湾天津近岸海域沉积物-海水界面的营养盐交换进行研究。
　　对整个渤海湾营养盐的分布而言,营养盐在渤海湾的分布呈现近岸港口区域浓度高于近岸未开发区和中部区域的浓度,并且总体呈现出西部含量高,东部含量低的特征。选取C1-C7站位,对其断面进行分析,发现营养盐在水体的垂直分布规律为底层浓度>表层浓度。此外,对比以往的研究成果发现渤海湾的营养盐限制由三十年前的氮限制转变为磷限制和潜在的硅限制。
　　通过2012年5月的春季航次,对渤海湾进行了大面的观测和采样,分析了四个站位上沉积物-海水界面的营养盐的交换规律,以及渤海湾营养盐分布的区域性规律。通过测定发现随着沉积物垂直深度的增加,沉积物孔隙水中的NO3-N、NO2-N和DIN的含量逐渐减少;而NH4-N和PO4-P的含量先增大,后逐渐减少;SiO3-Si的含量先增大,后减少,但减少量不大。测试得到的四个站位的营养盐的交换通量分别为:NH4-N的为-0.0379-0.00266mmol/(m2?d);NO3-N的为0.164-0.195mmol/(m2?d);DIN的为0.18-0.267mmol/(m2?d);PO4-P的为0.000975到-0.00217mmol/(m2?d);SiO3-Si的为0.133-0.133mmol/(m2?d)。比较发现,孔隙水浓度梯度法估算的营养盐的交换通量远小于实验室培养法估算的营养盐的交换通量。
　　实验室模拟营养盐交换的结果显示:对NO3-N、DIN和SiO3-Si,沉积物主要起到源的作用;而对于NH4-N和PO4-P,沉积物既可能是源,也可能是汇。通过改变环境条件发现:1)NO3-N、DIN和SiO3-Si的交换通量在有氧条件下高于厌氧条件下。与之相反,NH4-N和PO4-P的交换通量则在厌氧条件下高于有氧条件下;2)加入生物抑制剂的NO3-N、NH4-N、DIN和SiO3-Si的交换通量均小于无生物抑制剂条件下的交换通量;在有生物抑制剂的条件下,PO4-P的交换通量大于无生物抑制剂条件下的交换通量。通过估算沉积物-海水界面交换的营养盐对水体中的营养盐的贡献率发现:NH4-N的潜在贡献率为-10.1-20.0％,NO3-N为6.67-10.7%,DIN为5.95-10.1%,PO4-P为6.55-14.8%,SiO3-Si为11.1-17.5%。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 海洋中营养盐的循环与来源

1.3 沉积物-海水界面的营养盐的研究现状

1.4 营养盐在沉积物-海水界面的交换的研究方法

1.5 沉积物-海水界面的营养盐的交换速率的计算方法

1.6 本文的工作目的及内容

第二章 渤海湾天津近岸海域营养盐的分布特点

2.1 渤海湾的区域特征

2.2 渤海湾营养盐的分布

2.3 渤海湾营养盐的N/P/Si的比例特点

2.4 本章小结

第三章 渤海湾沉积物孔隙水中营养盐的垂直分布规律

3.1 实验方法

3.2 沉积物孔隙水中营养盐的垂直分布

3.3 Fick第一定律估算营养盐在沉积物-海水界面的交换通量

3.4 本章小结

第四章 渤海湾沉积物-海水界面的营养盐交换通量

4.1 样品采集及预处理

4.2 沉积物-海水界面营养盐的交换实验培养

4.3 渤海湾营养盐在沉积物-海水界面的交换速率规律

4.4 不同环境条件下的营养盐的交换规律

4.5 两种方法下的交换速率的对比

4.6界面交换对水体营养盐的的潜在贡献率

4.7 天津近岸海域围海造地的影响

4.8 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

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